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      某轉(zhuǎn)子葉片輥軋工藝

      2015-12-21 14:02:41喬思佳李深亮
      中國新技術(shù)新產(chǎn)品 2015年22期
      關(guān)鍵詞:葉身榫頭夾頭

      喬思佳李深亮

      (1.駐黎明發(fā)動機公司軍代表室,遼寧 沈陽 110043;2.沈陽黎明航空發(fā)動機集團(有限)責任公司,遼寧 沈陽 110043)

      某轉(zhuǎn)子葉片輥軋工藝

      航空發(fā)動機葉片葉身型面采用精密冷輥軋工藝制造是葉片制造技術(shù)的一大進步。它不僅使加工技術(shù)簡化,更重要的是可使葉片的機械性能、產(chǎn)品質(zhì)量和使用性能得到提高。因此,這項技術(shù)得到世界上航空發(fā)動機制造業(yè)的高度重視。在美國,20世紀50年代末就開展了葉片精密輥軋技術(shù)研究并應用于生產(chǎn)。俄羅斯將輥軋技術(shù)應用于三代機高溫合金壓氣機葉片制造已二、三十年,目前仍在航空發(fā)動機制造企業(yè)廣泛應用。在我國20世紀60年代末,中航工業(yè)黎明在全國率先開展了馬氏體不銹鋼高速錘擠壓、輥軋復合形變熱處理新工藝的試驗研究,并獲得成功。近些年又研制成功了某高溫合金轉(zhuǎn)、靜子葉片已批量生產(chǎn)。國內(nèi)外實踐表明,精密冷輥軋技術(shù)應用于航空發(fā)動機葉片制造是先進的、成功的,使用是可靠的。

      1 葉片結(jié)構(gòu)分析及工藝路線制定

      (1)結(jié)構(gòu)特性分析。某轉(zhuǎn)子葉片具有圓弧形榫齒、大緣板、進排氣邊緣呈仿棰形、型面嚴重彎曲等特點。葉片圓弧形結(jié)構(gòu)的榫齒,齒型節(jié)點尺寸嚴格,加工難度大,裝夾、定位穩(wěn)定性差;大緣板結(jié)構(gòu)增加毛料鍛件的鍛造難度和輥軋過程咬口的咬入位置的控制;進排氣邊緣彎曲嚴重,在輥軋過程中影響金屬的流動性。(2)加工工藝路線。工藝路線:毛料鍛件→榫齒加工→精軋葉型→型面邊緣加工→榫頭及緣板加工→熱處理→無損檢查→表面處理。

      2 輥軋毛料設(shè)計

      (1)確定軋制變形量。較小的軋制變形量可以降低輥軋難度、減少裂紋出現(xiàn)、減輕設(shè)備和工裝的磨損。但較小的變形量增加了軋制前鍛件的精度要求,因此軋制變形量確定為30%~45%。(2)鍛件毛料設(shè)計。鍛件采用等比例余量的板狀葉身設(shè)計,即在葉片同一截面上具有相同的比例余量,采用此結(jié)構(gòu)的葉片鍛件具有軋制穩(wěn)定,變形量均勻的優(yōu)點。在軋制過程中,進、排氣邊緣軋制的變形量接近,金屬的流速基本相等,兩側(cè)的軋制力接近平衡,可以減少軋制過程中的側(cè)彎。此外,依據(jù)體積不變原理,將葉身型面長度進行縮短計算,減少材料消耗,板狀葉身設(shè)計也降低鍛造難度。

      3 輥軋模具設(shè)計與制造

      (1)前滑系數(shù)確定。葉片輥軋過程中,前滑系數(shù)與材料的類型、狀態(tài)以及軋輥的直徑等因素有關(guān),常規(guī)的方法是采用軋制平板坯料的試驗所確定的。在葉片軋制過程中,根據(jù)材料前滑系數(shù)對軋機軋輥與夾頭的運動速度進行調(diào)整。(2)旋轉(zhuǎn)中心確定。確定旋轉(zhuǎn)中心是使葉片型面上各點在軋制過程中盆、背兩側(cè)面相對于旋轉(zhuǎn)中心具有相對平均的線速度,其誤差在軋制過程中通過調(diào)整來修正。(3)進排氣邊緣處理。葉片進排氣邊緣的空間曲線,增加了模具氣邊緣的處理難度,邊緣處理的結(jié)果不適合,容易在葉片邊緣形成褶皺。在延伸時需要設(shè)計人員在三維模型中反復修整,直至完善。(4)輥軋模具的制造。葉片輥軋模具采用Cr12MoV的棒材,通過三墩三拔鍛造成環(huán)形毛坯,以保證其內(nèi)部的組織致密。鍛件采用粗車→磨內(nèi)圓→磨基準面→粗銑葉型輪廓→熱處理→精加工基準→切斷扇面→精銑輥軋型面→人工拋光→磁力探傷等工序進行加工。模具采用熱處理后進行精加工,防止了熱處理過程中的型面變形,因此,模具型面可以獲得加高的精度。

      4 型面輥軋加工的調(diào)整技術(shù)

      葉片型面的成型精度與輥軋機狀態(tài)、輥軋模具設(shè)計水平與制造精度、鍛件結(jié)構(gòu)形式、軋制變形量、軋制方向、軋制成型速度、潤滑條件以及材料自身的特性變化等諸多因素有關(guān),在軋制葉片的過程中會出現(xiàn)與設(shè)計要求背離的現(xiàn)象,主要靠人工修模來解決。在修模前可使用葉片與軋模之間的調(diào)整,解決葉片在輥軋過程中產(chǎn)生的型面?zhèn)葟?、偏移、弓彎、咬入位置不準確等技術(shù)問題。(1)水平方向移動的調(diào)整。水平方向的調(diào)整主要是解決葉片榫頭位置與葉身向進排氣邊方向的偏移、葉盆與葉背型面錯移的問題,在葉片的主要表現(xiàn)形式是葉盆或葉背面的進、排氣一側(cè)透光。錯移產(chǎn)生的原因:上、下軋輥中心位置產(chǎn)生錯移。調(diào)整方法:調(diào)整上、下兩個軋輥或調(diào)整任意一個軋輥的水平位置。(2)軸方向移動的調(diào)整。在軋制過程中,咬口實際位置與理論位置不重合,容易撞傷或咬傷榫頭或葉片型面不正確。錯移產(chǎn)生的原因:葉片夾頭長度誤差、軋模角度誤差與軋機裝配誤差等原因。調(diào)整方法:調(diào)整軋機上夾具伸縮位置。(3)繞軸向旋轉(zhuǎn)的調(diào)整。葉片軋制過程中,榫頭與葉身與理論型面的分為兩種情況:①葉身整體相對于榫頭中心偏轉(zhuǎn),②葉根位置正確而葉尖偏轉(zhuǎn)。偏轉(zhuǎn)產(chǎn)生的原因:葉片夾頭與軋模的型面的相對位置不正確。調(diào)整方法:主要是上對活動機架上部的仿形機構(gòu)進行調(diào)整。(4)豎直方向移動的調(diào)整。在葉片軋制過程中常出現(xiàn)葉身相對于榫頭中心向葉盆或背方向偏移。產(chǎn)生的原因:葉片夾頭的中心與輥軋模具的中心不在同一水平位置。調(diào)整方法:只有通過葉片夾頭來調(diào)整榫頭Y方向位置。在夾頭上使用偏心鍵來調(diào)整Y方向的位置。(5)繞豎直方向旋轉(zhuǎn)的調(diào)整。葉片的軋制過程中,常出現(xiàn)葉片型面在進排氣方向上的出現(xiàn)側(cè)彎。產(chǎn)生的原因:葉片毛料的邊緣厚度不協(xié)調(diào)或者葉片中心與輥軋方向形成偏角。調(diào)整方法:調(diào)整夾頭轉(zhuǎn)角。(6)繞水平軸旋轉(zhuǎn)的調(diào)整。在葉片軋制后出現(xiàn)葉身相對于榫頭扭轉(zhuǎn)的情況,表現(xiàn)為:葉身余量偏向葉盆或葉背。產(chǎn)生的原因:裝夾葉片的夾頭向上或向下傾斜或者上下軋模的旋轉(zhuǎn)線速度不一致。調(diào)整方法:通過固定角度塊來調(diào)整。通過采用調(diào)整技術(shù),使輥軋過程簡單化,縮短了葉片軋制的周期,降低了模具修整的難度。

      5 葉片檢測

      (1)幾何尺寸及理化檢測。經(jīng)檢測,采用輥軋工藝軋制的葉片型面幾何尺寸滿足設(shè)計圖及相關(guān)標準要求。對成品葉片進行理化檢測,榫頭、R轉(zhuǎn)接、葉身縱橫向晶粒度都達到10級或更細,晶粒度明顯優(yōu)于標準要求,力學性能指標高于標準要求約20%。(2)葉片振動疲勞性能。按照相關(guān)標準,對某轉(zhuǎn)子輥軋與數(shù)控銑兩種葉片以650MPa為考核應力進行疲勞測試,輥軋葉片循環(huán)次數(shù)明顯優(yōu)于數(shù)控銑葉片。

      結(jié)語

      通過坯料的設(shè)計與制備、輥軋工藝路線的制定、輥軋模具的設(shè)計與制造、輥軋工藝過程的調(diào)整以及葉片加工的全過程,所生產(chǎn)的葉片與采用數(shù)控方法加工的葉片進行疲勞對比試驗,表現(xiàn)出其抗疲勞性能的優(yōu)異性,同時具有成本低、效率高的特點。

      [1]劉艷.葉片制造技術(shù)[M].北京:科學出版社,2002.

      喬思佳1李深亮2

      (1.駐黎明發(fā)動機公司軍代表室,遼寧 沈陽 110043;2.沈陽黎明航空發(fā)動機集團(有限)責任公司,遼寧 沈陽 110043)

      本文論述了某合金轉(zhuǎn)子葉片采用輥軋工藝研制過程中進行的葉片特性分析、工藝路線確定、輥軋工藝參數(shù)選擇、輥軋坯料設(shè)計、輥軋模具設(shè)計與制造、輥軋過程調(diào)整等方面開展技術(shù)研究。

      葉片;輥軋;工藝路線;坯料設(shè)計;模具設(shè)計

      TG156

      A

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